Wszystkie żywe organizmy zawierają określony zestaw materiału genetycznego w jądrach komórek. W komórkach eukariotycznych jest reprezentowany przez chromosomy. Dla wygody księgowości i badań naukowych kariotyp jest usystematyzowany różnymi metodami. Zapoznajmy się ze sposobami porządkowania materiału genetycznego na przykładzie ludzkich chromosomów.
Klasyfikacja ludzkich chromosomów
Kariotyp to zestaw chromosomów (diploidalny) zlokalizowany w dowolnej z komórek somatycznych organizmu. Jest charakterystyczny dla danego organizmu i jest taki sam we wszystkich komórkach, z wyjątkiem komórek płciowych.
Chromosomy w kariotypie to:
- autosomy nie różnią się między osobnikami różnych płci;
- seksualne (heterochromosomy), różnią się budową u osobników różnych płci.
Komórki ludzkiego ciała zawierają 46 nici DNA, z czego 22 pary autosomów i jedna płeć. Jest to diploidalny 2n zestaw materiału genetycznego. Para heterochromosomów u kobiet jest oznaczona jako XX, u mężczyzn - XY, odpowiednio oznaczenie kariotypu,44+XX i 44+XY.
W komórkach zarodkowych (gamet) znajduje się haploidalny lub pojedynczy zestaw 1n DNA. Jaja zawierają 22 autosomy i jeden chromosom X, plemniki zawierają 22 autosomy i jeden z heterochromosomów, X lub Y.
Dlaczego potrzebujemy identyfikacji i klasyfikacji chromosomów
Systemy klasyfikacji materiałów dziedzicznych z Denver i Paris, szeroko stosowane w środowisku naukowym, mają na celu ujednolicenie i uogólnienie poglądów na temat kariotypu. Potrzebne jest wspólne podejście do prawidłowej prezentacji i interpretacji wyników badań w dziedzinie genetyki, kariosystematyki i hodowli.
Schematycznie kariotyp jest przedstawiany za pomocą ideogramu - sekwencji usystematyzowanej i ułożonej w malejącej kolejności wielkości chromosomów. Ideogram odzwierciedla nie tylko wielkość spiralnego DNA, ale także niektóre cechy morfologiczne, a także cechy ich struktury pierwotnej (regiony hetero- i euchromatyny).
Analiza tych wykresów pozwala ustalić stopień powiązania między różnymi systematycznymi grupami organizmów.
Kariotyp może zawierać pary autosomów, które są prawie identyczne pod względem wielkości, co utrudnia ich prawidłowe umiejscowienie i ponumerowanie. Zastanówmy się, jakie parametry uwzględnia klasyfikacja chromosomów ludzkich Denver i Paris.
Wyniki konferencji w Denver, 1960
W określonym roku w mieście Denver w USA odbyła się konferencja poświęcona ludzkim chromosomom. Na nim różne podejścia do systematyzacji chromosomów (według wielkości, pozycjicentromery, obszary o różnym stopniu spiralizacji itp.) zostały połączone w jeden system.
Decyzją konferencji była tak zwana klasyfikacja ludzkich chromosomów z Denver. System ten kieruje się zasadami:
- Wszystkie ludzkie autosomy są ponumerowane w kolejności od 1 do 22 w miarę zmniejszania się ich długości, chromatydom płci przypisuje się oznaczenia X i Y.
- Chromosomy kariotypu są podzielone na 7 grup, biorąc pod uwagę położenie centromerów, obecność satelitów i wtórne zwężenia na chromatydach.
- Aby uprościć klasyfikację, stosuje się indeks centromerowy, który jest obliczany poprzez podzielenie długości krótkiego ramienia przez całą długość chromosomu i jest wyrażony w procentach.
Klasyfikacja chromosomów Denver jest powszechnie uznawana w światowej społeczności naukowej.
Grupy chromosomów i ich charakterystyka
Klasyfikacja chromosomów Denver obejmuje siedem grup, w których autosomy są ułożone w kolejności numerycznej, ale są rozmieszczone nierównomiernie pod względem liczby. Wynika to z cech, według których są one podzielone na grupy. Więcej na ten temat w tabeli.
| Grupa chromosomów | Numery par chromosomów | Cechy struktury chromosomów w grupie |
| A | 1-3 | Długie chromosomy, dobrze odróżniające się od siebie. W 1 i 3 parze położenie przewężenia jest metacentryczne, w 2 parze - submetacentryczne. |
| B | 4 i 5 | Chromosomy są krótsze niż poprzednia grupa, pierwotne zwężenie jest zlokalizowane submetacentrycznie (blisko środka). |
| C |
6-12 chromosom X |
Chromosomy średniej wielkości, wszystkie nierówne ramiona są submetacentryczne, trudne do indywidualizacji. Identyczne pod względem wielkości i kształtu do autosomów grupy, replikujące się później niż inne. |
| D | 13-15 | Chromosomy w grupie średniej wielkości z prawie marginalną pozycją przewężenia pierwotnego (akrocentryczne), mają satelity. |
| E | 16-18 | Chromosomy krótkie, w 16 parze równe ramiona są metacentryczne, w 17 i 18 submetacentryczne. |
| F | 19 i 20 | Krótki metacentryczny, prawie nie do odróżnienia od siebie. |
| G |
21 i 22 Chromosom Y |
Krótkie chromosomy z satelitami, akrocentryczne. Mają niewielkie różnice w budowie i rozmiarze. Nieco dłuższe niż inne chromosomy w grupie, z wtórnym zwężeniem na długim ramieniu. |
Jak widać, klasyfikacja chromosomów Denver opiera się na analizie morfologii bez jakiejkolwiek manipulacji DNA.
Paryska klasyfikacja ludzkich chromosomów
Wprowadzona od 1971 r. klasyfikacja ta oparta jest na technikach barwienia różnicowegochromatyna. W wyniku rutynowego barwienia wszystkie chromatydy uzyskują własny wzór jasnych i ciemnych pasków, dzięki czemu można je łatwo zidentyfikować w grupach.
Podczas przetwarzania chromosomów różnymi barwnikami, ujawniają się oddzielne segmenty:
- Segmenty Q chromosomów fluoryzują w wyniku zastosowania barwnika gorczycy chinakrynowej.
- Segmenty G pojawiają się po barwieniu metodą Giemsy (zbieżne z segmentami Q).
- Barwienie segmentu R jest poprzedzone kontrolowaną denaturacją termiczną.
Wprowadzono dodatkowe oznaczenia w celu wskazania lokalizacji genów na chromosomach:
- Długie ramię chromosomu jest oznaczone małą literą q, krótkie ramię jest oznaczone małą literą p.
- Wewnątrz barku rozróżnia się do 4 regionów, które są ponumerowane od centromeru do końca telomerowego.
- Numeracja pasm w obrębie okręgów również przebiega w kierunku od centromeru.
Jeżeli położenie genu w chromosomie jest dokładnie znane, jego współrzędną jest indeks prążka. Gdy lokalizacja genu jest mniej pewna, oznacza się, że znajduje się on w długim lub krótkim ramieniu.
Dla dokładnego mapowania chromosomów, badania mutagenezy i hybrydyzacji, niezbędna jest każda technika. Klasyfikacja chromosomów Denver i paryska w tym przypadku są ze sobą nierozerwalnie związane i wzajemnie się uzupełniają.
